并不是所有的科学理论都能被人们轻易认同,甚至有一些已被证实的科学理论,却仍然很难令人接受,因为太反直觉了,下面我们就来看三个具体的例子。
一、
空间可以弯曲:空间是一个相对比较抽象的概念,通常我们将其定义为物质存在、运动的场所,在过去的很长一段时间里,人们都认为空间不会随任何外部的作用或观察者改变,但著名的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦,却提出了一种反直觉的科学理论。
他指出,空间是一种物质客观存在形式,并且在特定的条件下,空间还可以发生弯曲,例如任何具有质量的物体,都可以让空间发生弯曲,质量越大,空间弯曲的程度就高。尽管该理论在提出之后遭到不少的质疑,但也有一些人对此表示认同,物理学家亚瑟.斯坦利.爱丁顿就是其中之一,他认为,根据爱因斯坦的理论,像太阳这样质量巨大的天体,应该可以让空间发生可观测得到的弯曲,所以当其它恒星发出的光线在经过太阳附近时,就会因为空间的弯曲而发生偏折。
为了验证这种理论,在1919年的时候,爱丁顿带领他的研究团队,利用一次日全食的机会,在非洲和南美洲测量了太阳所在天区附近的恒星,在经过大量的对比之后,该团队发现,这些恒星的位置与日面的确存在着一定的偏差,并且这个偏差的幅度与爱因斯坦的理论预测值相符,而这也是人类首次证实了空间可以弯曲。
在接下来的时间里,该理论又被多次证实,一个最直接的证据就是科学家在宇宙中观测到的
“引力透镜效应”。简单来讲,如果在观测者与目标天体之间存在着一个大质量天体,那么目标天体所发出的光线,就会在经过大质量天体附近时发生弯曲,这样一来,观测者就会观测到更多来自目标天体的光线,同时还会因此看到一个或多个由光线弯曲而形成的虚像,由于这种现象与透镜对光线的折射作用类似,因此就被称为“引力透镜效应”。
时至今日,科学家早已确定了“引力透镜效应”在宇宙中真实存在,科学家甚至还可以利用这种效应对宇宙深空进行探索。
二、时间可以变慢:这个理论同样是爱因斯坦提出的,其内容可以简单地描述为:时间流逝的速度并不是一成不变的,对于一个特定的物体而言,它的速度越接近真空中的光速,或者它受到的引力作用越强,那么它所经历的时间就越慢。可以看到,这样的描述是相当反直觉的,然而该理论却已得到了证实,比如说在进行过多次的“飞行原子钟实验”中,科学家将高精度的原子钟放置在飞机上,然后让飞机围绕着地球飞行,在飞行结束后,再将飞机上的原子钟与地面上的原子钟进行对比,看看两者的时间是否存在差异,而实验结果都与理论值相符。
又比如说科学家发现,当宇宙射线与地球的大气层发生相互作用时,会产生一种被称为“渺子”(μ子)的微观粒子,由于这种粒子的平均“寿命”只有2.197微秒,会在极短的时间内发生衰变,因此它们原本应该无法抵达地球表面,然而事实却是,我们在地球表面经常会探测到这些“渺子”的踪迹。为什么会这样呢?原因就是,这些“渺子”的速度接近光速,其经历的时间也因此变慢了很多,所以它们才有机会抵达地球表面。
除此之外,现在我们经常使用的
卫星定位系统,也可以证明时间确实会变慢,因为卫星的速度快、并且它们所受到的地球引力比地球表面更小,这会导致卫星经历的时间比地球表面更慢,所以卫星定位系统都会借助爱因斯坦的理论来进行校正,不然的话,每12小时就会出现大约7米的偏差。
三、物质可以“无中生有”:这个理论来自量子力学,其内容简单来讲就是,根据不确定性原理可以推导出,宇宙中的能量会不断地出现极为短暂的涨落,这会持续地激发出正负粒子对,这些粒子总是会一对一对地出现,然后在非常短的时间内湮灭。这种现象被称为“量子涨落”,根据该理论的描述,“量子涨落”在宇宙中无处不在,就算是真空也不例外,也就是说,真空并不“空”,其中随时都存在着“无中生有”的物质。与前两种科学理论相比,这样的描述可以说是更加令人难以接受,然而该理论同样也得到证实。
早在1948年的时候,物理学家亨德里克·卡西米尔就设计了一种实验,根据他的设想,假如把两片非常薄的金属箔平行置入真空之中,然后让它们互相靠近,那么当距离足够近的时候,两片金属箔之间的“量子涨落”就会因为受到限制而小于外侧的空间,如此一来,外侧的“量子涨落”就会对金属箔产生向内的推力。这种现象被称为
“卡西米尔效应”,其产生的力被称为“卡西米尔力”,由于该实验要求的精度很高,需要严格排除电磁力、引力等其他因素的干扰,因此直到1996年,科学家才首次成功地完成了这个实验。
实验结果表明,“卡西米尔效应”确实存在,并且实际测量的结果与理论值的误差小于5%,在10纳米的间距,两片金属箔受到的“卡西米尔力”大约相当一个标准大气压。
在此之后,这个实验又被多次重复进行,科学家将金属箔替换成了其他材质的箔片(比如说硅片),同样也会产生“卡西米尔效应”,而这也就意味着,在微观世界中,物质确实可以“无中生有”。